KR20130025793A - Electrode structure and electrochemical cell using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An electrode structure with a porous 3D network is provided to prevent the deformation of an electrode during charging and discharging, to constantly maintain a resistance value, and to obtain a high output performance. CONSTITUTION: An electrode structure(130) comprises a porous 3D outer net which comprises a plurality of outer metal wires with a plurality of outer holes between the neighboring outer metal wires. The outer metal wires comprises a plurality of inner metal wires connected to each other; a porous 3D inner net which has a plurality of inner holes between the neighboring inner metal wire and includes a first metal; a first layer which includes a second metal and is coated on the inner net; and a third metal includes a third metal and is coated on the first layer.

Description

전극 구조 및 이를 이용한 전기화학전지{Electrode structure and electrochemical cell using the same}Electrode structure and electrochemical cell using the same

본 발명은 전극 구조 및 이를 이용한 전기화학전지에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode structure and an electrochemical cell using the same.

주택용 발전, 태양광 발전, 풍력 발전 등을 통해 생산된 전력의 저장 및 전기 자동차에 전력을 공급하기 위한 장치로서 나트륨을 기반으로 하는 전기화학전지에 대한 연구 개발 지속되고 있다.Research and development of sodium-based electrochemical cells as a device for storing electric power generated by residential power generation, solar power generation, wind power generation, and supplying electric vehicle power.

나트륨-염화 니켈 전지, NaS 전지와 같이 나트륨을 기반으로 하는 전기화학전지는 수 kW에서 수 MW에 이르는 전력을 에너지 저장할 수 있는 대용량 전지로서 고에너지 밀도를 구비할 수 있으며, 수명이 길어서 다양한 분야에 활용될 수 있다.Sodium-based electrochemical cells, such as sodium-nickel chloride batteries and NaS batteries, are large-capacity cells capable of energy storage from a few kW to several MW, which can be equipped with high energy density and have a long lifetime. Can be utilized.

본 발명은 다공성의 3차원 그물 구조를 갖는 전극 구조 및 이를 이용한 전기화학전지에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode structure having a porous three-dimensional network structure and an electrochemical cell using the same.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상호 연결된 복수의 외부 금속선을 포함하며, 상기 복수의 외부 금속선 중 인접한 외부 금속선들 사이에서 복수의 외부 홀이 정의되는, 다공성의 3차원의 외부 네트;를 포함하며,According to an aspect of the present invention, a porous three-dimensional outer net including a plurality of outer metal wires interconnected, a plurality of outer holes are defined between adjacent outer metal wires of the plurality of outer metal wires;

상기 외부 금속선들은,The outer metal wires,

상호 연결된 복수의 내부 금속선을 포함하며, 상기 복수의 내부 금속선 중 인접한 내부 금속선들 사이에 복수의 내부 홀이 정의되고 상기 내부 금속이 제1 금속을 포함하는, 다공성의 3차원의 내부 네트;A porous three-dimensional inner net comprising a plurality of inner metal wires interconnected, wherein a plurality of inner holes are defined between adjacent inner metal wires of the plurality of inner metal wires, and wherein the inner metal comprises a first metal;

제2 금속을 포함하고, 상기 내부 네트를 코팅하는 제1 층; 및A first layer comprising a second metal and coating said inner net; And

제3 금속을 포함하고, 상기 제1 층을 코팅하는 제2 층;을 포함하는, 전극 구조를 제공한다.And a second layer including a third metal and coating the first layer.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 외부 홀의 평균 직경은 300㎛ 이거나 그보다 작을 수 있다.According to one aspect of the invention, the average diameter of the outer hole may be 300㎛ or smaller.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 내부 홀의 평균 직경은 400㎛ 이거나 그보다 작을 수 있다.According to another aspect of the invention, the average diameter of the inner hole may be 400㎛ or smaller.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 외부 네트와 외부 회로 사이에서의 전자 이동을 위한 집전체;를 더 포함할 수 있다.According to another aspect of the invention, the current collector for electron movement between the external net and the external circuit; may further include.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 집전체는, 상기 내부 네트와 소결(sinter)에 의하여 결합된 상태일 수 있다.According to another aspect of the present invention, the current collector may be in a state in which the inner net and the sinter (sinter) is coupled.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 집전체 및 상기 제1 금속 각각은 구리(Cu)를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, each of the current collector and the first metal may include copper (Cu).

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제1 금속은 구리(Cu) 또는 철(Fe)을 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the first metal may include copper (Cu) or iron (Fe).

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제2 금속은 제3 금속 보다 낮은 표준전위를 가질 수 있다.According to another aspect of the present invention, the second metal may have a lower standard potential than the third metal.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제2 금속은 제1 금속 보다 이온화 경향이 높을 수 있다.According to another aspect of the present invention, the second metal may have a higher tendency to ionize than the first metal.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제2 금속은 제1 금속 보다 이온화 경향이 높을 수 있다.According to another aspect of the invention, the second metal may have a higher ionization tendency than the first metal.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제2 금속은 아연(Zn), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 또는 크롬(Cr)을 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the second metal may include zinc (Zn), tin (Sn), titanium (Ti), or chromium (Cr).

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제2 금속은 아연(Zn)을 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the second metal may include zinc (Zn).

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제3 금속은 니켈(Ni)을 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the third metal may include nickel (Ni).

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제3 금속은 철(Fe)을 더 포함할 수 있다.According to another aspect of the invention, the third metal may further include iron (Fe).

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제3 금속은 상기 제3 금속의 중량에 대하여 40% ~ 70% 함유된 니켈을 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the third metal may include nickel containing 40% to 70% by weight of the third metal.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제1 금속은 구리(Cu)를 포함하고, 제2 금속은 아연(Zn)을 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the first metal may include copper (Cu), and the second metal may include zinc (Zn).

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 하우징; 상기 하우징 내에 형성되고, 전극 물질을 포함하는 제1 챔버; 및 상기 하우징 내에 형성되고, 다공성의 3차원의 외부 네트를 포함하는 전극 구조를 구비하는 제2 챔버;를 포함하며,According to another aspect of the invention, the housing; A first chamber formed in the housing and containing an electrode material; And a second chamber formed in the housing and having an electrode structure comprising a porous three-dimensional outer net.

상기 다공성의 3차원의 외부 네트는, 상호 연결된 복수의 외부 금속선들을 포함하며, 상기 복수의 외부 금속선 중 인접한 외부 금속선들 사이에서 복수의 외부 홀을 정의하고,The porous three-dimensional outer net includes a plurality of interconnected outer metal wires, and defines a plurality of outer holes between adjacent outer metal wires of the plurality of outer metal wires,

상기 외부 금속선들은,The outer metal wires,

상호 연결된 복수의 내부 금속선들을 포함하며, 상기 복수의 내부 금속선 중 인접한 내부 금속선들 사이에 복수의 내부 홀이 정의되고 상기 내부 금속이 제1 금속을 포함하는, 다공성의 3차원의 내부 네트;A porous three-dimensional inner net including a plurality of inner metal wires interconnected, wherein a plurality of inner holes are defined between adjacent inner metal wires of the plurality of inner metal wires, and wherein the inner metal comprises a first metal;

제2 금속을 포함하고, 상기 내부 네트를 코팅하는 제1 층; A first layer comprising a second metal and coating said inner net;

제3 금속을 포함하고, 상기 제1 층을 코팅하는 제2 층; 및A second layer comprising a third metal and coating said first layer; And

제1 챔버와 제2 챔버를 분리하는 고체 전해질;을 포함하는, 전기화학전지를 제공할 수 있다.It can provide an electrochemical cell comprising a; a solid electrolyte separating the first chamber and the second chamber.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 전극 구조와 상기 고체 전해질 사이에 형성된 전자전도체;를 더 포함할 수 있다.According to one feature of the invention, the electron conductor formed between the electrode structure and the solid electrolyte; may further include.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제2 금속은 제3 금속 보다 표준전위가 낮고, 제1 금속 보다 이온화 경향이 높을 수 있다.According to another aspect of the present invention, the second metal may have a lower standard potential than the third metal and have a higher ionization tendency than the first metal.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제1 금속은 구리(Cu)를 포함하고, 제3 금속은 니켈(Ni)을 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the first metal may include copper (Cu), and the third metal may include nickel (Ni).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 구조를 포함하는 전기화학전지는 충전 및 방전시에 전극이 변질 또는 변형되는 것을 방지할 수 있고, 저항값을 일정하게 유지할 수 있게 한다. According to an embodiment of the present invention, an electrochemical cell including an electrode structure according to an embodiment of the present invention may prevent the electrode from being deteriorated or deformed during charging and discharging, and may maintain a constant resistance value. To be.

또한, 양극의 저항값이 일정하게 유지되므로, 전지의 수명을 증가시킬 수 있고 높은 출력 특성을 얻을 수 있다. In addition, since the resistance value of the positive electrode is kept constant, the life of the battery can be increased and high output characteristics can be obtained.

그리고, 니켈과 같은 양극 물질을 최소한으로 사용하면서 전기화학전지를 구현할 수 있어 제조 비용을 줄이면서도 전지의 효율을 극대화할 수 있다.In addition, it is possible to implement an electrochemical cell with a minimum amount of cathode material such as nickel, thereby maximizing the efficiency of the battery while reducing manufacturing costs.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학전지를 개략적으로 나타낸 종단면도이다.
도 2는 도 1의 전기화학전지에서 양극 구조, 전자전도체, 및 고체 전해질의 측면을 발췌하여 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기화학전지를 개략적으로 나타낸 종단면이다.
도 4는 도 1의 Ⅳ 영역을 확대하여 나타낸 것으로, 전자주사현미경으로 찍은 SEM 사진이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 취한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양극 구조를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 7a는 도 6의 단계 S610에 따른 3차원 망상 구조를 갖는 제1 금속 구조의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 7b는 도 6의 단계 S610에 따른 3차원 망상 구조를 갖는 제1 금속 구조의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 7c는 도 7a 및 도 7b 에서 제1 금속의 일부를 확대한 것으로서, 전자주사현미경으로 찍은 SEM 사진이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기화학전지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학전지의 시뮬레이션 결과로서, 충방전 사이클과 전기화학전지의 저항과의 관계를 나타내는 그래프이다.1 is a longitudinal sectional view schematically showing an electrochemical cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view illustrating side surfaces of a cathode structure, an electron conductor, and a solid electrolyte in the electrochemical cell of FIG. 1.
Figure 3 is a longitudinal cross-sectional view schematically showing an electrochemical cell according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged view of region IV of FIG. 1 and is an SEM photograph taken with an electron scanning microscope.
5A and 5B are cross-sectional views taken along the line VV of FIG. 4.
6 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing an anode structure according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 7A is a perspective view illustrating an embodiment of a first metal structure having a three-dimensional network structure according to step S610 of FIG. 6.
FIG. 7B is a perspective view illustrating still another embodiment of the first metal structure having the three-dimensional network structure according to step S610 of FIG. 6.
7C is an enlarged view of a portion of the first metal in FIGS. 7A and 7B, and is an SEM photograph taken with an electron scanning microscope.
8 is a schematic cross-sectional view of an electrochemical cell according to still another embodiment of the present invention.
9 is a graph showing the relationship between the charge and discharge cycle and the resistance of the electrochemical cell as a simulation result of the electrochemical cell according to the exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1 , 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 이하에서는 이해를 돕기 위해 동일한 부재에 대해서는 동일한 부재 번호를 사용한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving the same will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. Terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. In the following description, the same member number is used for the same member for better understanding.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학전지를 개략적으로 나타낸 종단면도이고, 도 2는 도 1의 전기화학전지에서 양극 구조(130), 전자전도체(150), 및 고체 전해질(120)을 발췌하여 나타낸 사시도이다.1 is a longitudinal cross-sectional view schematically showing an electrochemical cell according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a positive electrode structure 130, an electron conductor 150, and a solid electrolyte 120 in the electrochemical cell of FIG. Is a perspective view showing an extract.

도 1을 참고하면, 전기화학전지(1)는 하우징(110), 하우징(110)의 내부를 제1 챔버(C1)와 제2 챔버(C2)로 구획하는 고체 전해질(120), 제1 챔버(C1)에 구비된 음극 물질(또는, 음의 전극 물질 111), 및 제2 챔버(C2)에 구비된 다공성의 양극 구조(130) 등을 포함한다.Referring to FIG. 1, the electrochemical cell 1 includes a housing 110 and a solid electrolyte 120 partitioning an interior of the housing 110 into a first chamber C1 and a second chamber C2. And a cathode material (or negative electrode material 111) provided in (C1), a porous anode structure 130 and the like provided in the second chamber (C2).

제1 챔버(C1)는 음극 챔버로서, 음극 물질(111)을 포함할 수 있다. 음극 물질(111)로는 나트륨과 같은 알칼리 금속이 사용될 수 있다. 나트륨은 용융된 상태로서 액상으로 존재한다. 음극 물질(111)은 나트륨 이외에도 리튬, 또는 칼륨과 같은 적합한 알칼리 금속일 수 있다.The first chamber C1 may be a cathode chamber and may include a cathode material 111. As the negative electrode material 111, an alkali metal such as sodium may be used. Sodium is present in the molten state in the liquid phase. In addition to sodium, the negative electrode material 111 may be a suitable alkali metal such as lithium or potassium.

제1 챔버(C1)는 윅(115)을 포함할 수 있다. 윅(115)은 고체 전해질(120)의 외측면과 인접하게 배치되어, 모세관 현상을 유도한다. 따라서, 나트륨이 제1 챔버(C1)에 가득 채워지지 않더라도, 모세관 현상에 따라 고체 전해질(120)의 외측면은 나트륨으로 둘러싸일 수 있다.The first chamber C1 may include a wick 115. Wick 115 is disposed adjacent to the outer surface of the solid electrolyte 120, inducing capillary phenomenon. Therefore, even if sodium is not filled in the first chamber C1, the outer surface of the solid electrolyte 120 may be surrounded by sodium due to capillary phenomenon.

제1 챔버(C1)이 음극 챔버인 경우에, 제2 챔버(C2)는 양극 챔버로서, 양극 구조(130)를 포함할 수 있다. 양극 구조(130)는 양극 물질인 니켈(Ni)을 포함한다. 양극 구조(130)는 다공성을 지닌 금속체로서, 3차원(3D) 그물 구조/망상 구조(net structure)를 갖는다. 예컨대, 양극 구조(130)는 구리(Cu)와 같은 제1 금속과, 제1 금속에 코팅된 제2 금속층, 및 제2 금속층에 코팅된 제3 금속층을 포함할 수 있다. 제2 금속층과 제3 금속층은 제1 금속에 균일하게 코팅될 수 있다.When the first chamber C1 is a cathode chamber, the second chamber C2 may be an anode chamber and include an anode structure 130. The anode structure 130 includes nickel (Ni), which is a cathode material. The anode structure 130 is a porous metal body and has a three-dimensional (3D) net structure / net structure. For example, the anode structure 130 may include a first metal such as copper (Cu), a second metal layer coated on the first metal, and a third metal layer coated on the second metal layer. The second metal layer and the third metal layer may be uniformly coated on the first metal.

제1 금속은 비교적 값이 저렴하고 전자 전도성이 뛰어난 구리(Cu)와 같은 금속을 사용할 수(또는 금속으로 제작될 수) 있다. 또 다른 실시예로, 제1 금속은 철(Fe) 또는 구리(Cu)에 철(Fe)을 추가하여 사용할 수(또는 제작될 수) 있다. The first metal may use (or be made of) a metal, such as copper (Cu), which is relatively inexpensive and has excellent electronic conductivity. In another embodiment, the first metal may be used (or manufactured) by adding iron (Fe) to iron (Fe) or copper (Cu).

제3 금속층은 본 발명에 따른 전기화학전지(1)의 양극 물질을 포함한다. 제3 금속은 니켈(Ni)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제3 금속층은 니켈을 포함하거나(또는 제작되거나), 니켈과 철의 합금일 수 있다. The third metal layer comprises the positive electrode material of the electrochemical cell 1 according to the invention. The third metal may include nickel (Ni). For example, the third metal layer may include (or be manufactured) nickel or may be an alloy of nickel and iron.

제2 금속층은 제3 금속층에 비하여 표준전위(또는, 표준 전극 전위, standard electrode potential)가 낮으면서, 동시에 제1 금속에 비하여 이온화 경향이 큰 금속을 포함한다. 예컨대, 제3 금속층이 니켈을 포함하는 경우, 제2 금속층은 액체 전해질에서의 방전 전위가 니켈보다 낮은 아연(Zn), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 크롬(Cr)과 같은 금속 또는 이들의 화합물이 사용될 수 있다. 게다가, 이들 금속은 제1 금속인 구리보다 이온화 경향이 큰 금속이다.The second metal layer includes a metal having a lower standard potential (or standard electrode potential) than the third metal layer and at the same time having a higher tendency to ionize than the first metal. For example, when the third metal layer includes nickel, the second metal layer may be a metal such as zinc (Zn), tin (Sn), titanium (Ti), or chromium (Cr) having a lower discharge potential in the liquid electrolyte than nickel. Compounds of can be used. In addition, these metals are metals with a larger tendency to ionize than copper, which is the first metal.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 금속으로 구리를, 제2 금속층으로 티타늄을, 제3 금속층으로 니켈을 사용할 수 있다. 이 경우 티타늄은 약 2~10μm의 두께를 가질 수 있고, 니켈은 약 5μm~50μm의 두께를 가질 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제1 금속으로 구리를, 제2 금속층으로 아연을, 제3 금속층으로 니켈과 철의 합금을 사용할 수 있다. 이 경우, 아연은 약 2μm~10μm의 두께를 가질 수 있고, 니켈과 철의 합금은 약 10μm~80μm의 두께를 가질 수 있다. 니켈과 철의 합금에서 양극 물질인 니켈의 함량은 전체 니켈과 철의 합금 중량(weight)의 40%~70%를 차지할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예로서, 제1 금속으로 구리를 사용하고 제2 금속층으로는 텅스텐을, 제3 금속층으로는 니켈을 사용할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, copper may be used as the first metal, titanium may be used as the second metal layer, and nickel may be used as the third metal layer. In this case, titanium may have a thickness of about 2 ~ 10μm, nickel may have a thickness of about 5μm ~ 50μm. According to another embodiment of the present invention, an alloy of nickel and iron may be used as the first metal, zinc as the second metal layer, and zinc as the third metal layer. In this case, zinc may have a thickness of about 2 μm to 10 μm, and an alloy of nickel and iron may have a thickness of about 10 μm to 80 μm. The nickel content of the anode material in the alloy of nickel and iron may account for 40% to 70% of the total alloy weight of nickel and iron. As another embodiment of the present invention, copper may be used as the first metal, tungsten may be used as the second metal layer, and nickel may be used as the third metal layer.

양극 구조(130)에 관해서는, 도 4 및 도 5를 참고하여 해당 부분에서 자세하게 설명한다.The anode structure 130 will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5.

제2 챔버(C2)는 양극 구조(130)뿐만 아니라 NaAlCl4와 같은 액체 전해질(135)을 포함할 수 있다. 양극 구조(130)는 액체 전해질(135)에 침적된 상태로 존재할 수 있다.The second chamber C2 may include not only the anode structure 130 but also a liquid electrolyte 135 such as NaAlCl 4 . The positive electrode structure 130 may exist in a state of being deposited in the liquid electrolyte 135.

집전체(140)는 제2 챔버(C2)의 내부에 구비되어, 충전 및 방전 반응시 생성되는 전자의 이동을 원활하게 해준다. 예컨대, 집전체(140)는 전기화학전지(1)와 외부 회로(미도시) 사이에서의 전자의 이동을 원활하게 할 수 있다. 전기화학전지(1)의 충전시에는 외부 회로로부터 제2 챔버(C2)를 향해 이동하는 전자의 이동을 돕고, 방전시에는 제2 챔버(C2)로부터 외부 회로를 향해 이동하는 전자의 이동을 돕는다. The current collector 140 is provided inside the second chamber C2 to facilitate movement of electrons generated during the charge and discharge reactions. For example, the current collector 140 may facilitate the movement of electrons between the electrochemical cell 1 and an external circuit (not shown). The charging of the electrochemical cell 1 assists the movement of electrons moving from the external circuit toward the second chamber C2, and the discharging assists the movement of electrons moving from the second chamber C2 toward the external circuit. .

집전체(140)는 구리(Cu)와 같은 전기 전도성 소재를 포함한다. 예컨대, 집전체(140)의 일단(140a)은 양극 구조(130)의 중심을 관통하도록 배치될 수 있고, 타단(140b)은 외부로 노출될 수 있다.The current collector 140 includes an electrically conductive material such as copper (Cu). For example, one end 140a of the current collector 140 may be disposed to penetrate the center of the anode structure 130, and the other end 140b may be exposed to the outside.

전자전도체(150)는 고체 전해질(120)의 내측에 배치될 수 있다. 예컨대, 전자전도체(150)는 양극 구조(130)와 고체 전해질(120)의 내측면 사이에 배치될 수 있다. 전자전도체(150)는 제2 챔버(C2) 내부에서 전자의 이동을 원활하게 한다. 전자전도체(150)는 탄소계 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 전자전도체(150)는 탄소 펠트로 형성될 수 있다.The electron conductor 150 may be disposed inside the solid electrolyte 120. For example, the electron conductor 150 may be disposed between the anode structure 130 and the inner side surface of the solid electrolyte 120. The electron conductor 150 facilitates movement of electrons in the second chamber C2. The electron conductor 150 may include a carbon-based material. For example, the electron conductor 150 may be formed of carbon felt.

고체 전해질(120)은 이온 투과성을 갖는다. 예컨대, 고체 전해질(120)은 나트륨 이온 투과성을 갖는다. 충방전시 생성되는 알칼리 이온(예컨대, 나트륨 이온)은 고체 전해질(120)을 통해서 제1 챔버(C1)에서 제2 챔버(C2)로, 또는 제2 챔버(C2)에서 제1 챔버(C1)로 이동할 수 있다. 고체 전해질(120)은 일측(또는 일단)이 개방되고 타측(또는 타단)이 닫힌 관의 형상을 구비하며, 하우징(110)의 내부에 배치될 수 있다.The solid electrolyte 120 has ion permeability. For example, the solid electrolyte 120 has sodium ion permeability. Alkaline ions (eg, sodium ions) generated during charging and discharging are transferred from the first chamber C1 to the second chamber C2 or from the second chamber C2 to the first chamber C1 through the solid electrolyte 120. You can go to The solid electrolyte 120 has a shape of a tube in which one side (or one end) is opened and the other side (or the other end) is closed, and may be disposed inside the housing 110.

고체 전해질(120)은 베타 알루미나계 물질을 포함한다. 예를 들어, 고체 전해질(120)은 β-알루미나 또는 β"-알루미나를 포함할 수 있다.The solid electrolyte 120 includes a beta alumina based material. For example, the solid electrolyte 120 may include β-alumina or β ″ -alumina.

절연체(160)는 제1 챔버(C1)와 제2 챔버(C2)를 전기적으로 절연시킨다. 절연체(160)는 글래스 프릿(170)과 같은 접착 물질을 통해 고체 전해질(120)의 일측과 접합될 수 있다. 절연체(160)는 α-알루미나를 포함할 수 있다. The insulator 160 electrically insulates the first chamber C1 from the second chamber C2. The insulator 160 may be bonded to one side of the solid electrolyte 120 through an adhesive material such as glass frit 170. Insulator 160 may include α-alumina.

본 실시예에서는 음극 챔버인 제1 챔버(C1)가 전기화학전지(1)의 내측에 구비되고, 양극 챔버인 제2 챔버(C2)가 제1 챔버(C1)의 내측에 구비되는 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 예컨대, 제1 챔버(C1)가 제2 챔버(C2)의 내측에 구비될 수 있고, 제2 챔버(C2)가 전기화학전지(1) 안에 포함될 수 있다.In the present embodiment, a case in which the first chamber C1, which is a cathode chamber, is provided inside the electrochemical cell 1, and the second chamber C2, which is an anode chamber, is provided inside the first chamber C1. However, the present invention is not limited thereto. For example, the first chamber C1 may be provided inside the second chamber C2, and the second chamber C2 may be included in the electrochemical cell 1.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기화학전지(1)의 횡단면도이다.3 is a cross-sectional view of an electrochemical cell 1 according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 전기화학전지(1)도 하우징(110), 하우징(110)의 내부를 제1 챔버(C1)와 제2 챔버(C2)로 구획하는 고체 전해질(120), 제1 챔버(C1)에 구비된 음극 물질(111), 및 제2 챔버(C2)에 구비된 다공성의 양극 구조(130) 등을 포함한다.Referring to FIG. 3, the electrochemical cell 1 according to the present embodiment also includes a housing 110 and a solid electrolyte 120 partitioning the inside of the housing 110 into a first chamber C1 and a second chamber C2. ), A cathode material 111 provided in the first chamber C1, and a porous anode structure 130 provided in the second chamber C2.

양극 구조(130)는 다공성을 지닌 금속체로서, 3차원 그물 구조/망상 구조를 갖는다. 양극 구조(130)는 구리와 같은 제1 금속과, 제1 금속에 코팅된 제2 금속층, 및 제2 금속층에 코팅된 제3 금속층을 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 금속층과 제3 금속층은 제1 금속층에 균일하게 코팅될 수 있다. The anode structure 130 is a porous metal body and has a three-dimensional network structure / network structure. The anode structure 130 may include a first metal such as copper, a second metal layer coated on the first metal, and a third metal layer coated on the second metal layer. For example, the second metal layer and the third metal layer may be uniformly coated on the first metal layer.

제1 금속은 비교적 값이 저렴하고 전자 전도성이 뛰어난 구리(Cu)와 같은 금속을 사용할 수(또는 금속으로 제작될 수) 있다. 제3 금속층은 전기화학전지(1)의 양극 물질을 포함한다. 예컨대, 제3 금속층은 니켈을 포함할 수(또는 제작될 수) 있다. 또는, 제3 금속층은 니켈(Ni)과 철(Fe)의 합금으로서, 니켈은 제3 금속층의 중량에 대하여 약 40% ~ 70% 포함할 수 있다. The first metal may use (or be made of) a metal, such as copper (Cu), which is relatively inexpensive and has excellent electronic conductivity. The third metal layer includes the anode material of the electrochemical cell 1. For example, the third metal layer may comprise (or be fabricated) nickel. Alternatively, the third metal layer is an alloy of nickel (Ni) and iron (Fe), and nickel may include about 40% to 70% by weight of the third metal layer.

한편, 제2 금속층은 제3 금속층에 비하여 표준전위가 낮은 금속을 포함한다. 예컨대, 제3 금속층이 니켈을 포함하는 경우, 제2 금속층은 아연(Zn), 티타늄(Ti), 크롬(Cr)과 같은 금속 또는 이들의 화합물이 사용될 수 있다. 그리고, 제2 금속층은 제1 금속에 비하여 이온화 경향이 큰 금속을 포함한다. 제1 금속이 액체 전해질에 노출된다면 전기화학전지의 성능을 저해시키므로, 이를 저감시키거나 방지하기 위하여 제1 금속 보다 이온화 경향이 큰 금속을 제2 금속층으로 사용함으로써 이를 방지할 수 있다. 다만, 본 실시예에 따른 전기화학전지(1)는 양극 구조(130)와 결합된 집전체(140)의 구조에서 앞서 설명한 전기화학전지(1)와 차이를 보인다. 동일한 구성에 대해서는 앞서 설명한 내용으로 갈음하고, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다.On the other hand, the second metal layer includes a metal having a lower standard potential than the third metal layer. For example, when the third metal layer includes nickel, a metal such as zinc (Zn), titanium (Ti), chromium (Cr) or a compound thereof may be used as the second metal layer. The second metal layer contains a metal having a higher tendency of ionization than the first metal. If the first metal is exposed to the liquid electrolyte, the performance of the electrochemical cell is impaired. Thus, in order to reduce or prevent the first metal, the metal having a higher ionization tendency than the first metal may be prevented by using the second metal layer. However, the electrochemical cell 1 according to the present embodiment has a difference from the electrochemical cell 1 described above in the structure of the current collector 140 coupled to the positive electrode structure 130. The same configuration will be replaced with the above description, and the following description will be given based on the difference.

집전체(140 ')는 막대(pole) 형상일 수 있다. 집전체(140 ')의 일단(140a ')은 양극 구조(130)의 중심을 관통할 수 있고, 타단(140b ')은 전기화학전지(1)의 외부로 노출되지 않을 수 있다. 집전체(140 ')의 타단(140b ')이 도 1의 실시예에 도시된 집전체(140)의 타단(140b) 보다 짧게 형성되어 있으므로, 집전체(140 ')는 외부 회로(미도시)와의 전기적 연결을 위해 리드선(141)을 구비할 수 있다. The current collector 140 ′ may have a pole shape. One end 140a ′ of the current collector 140 ′ may penetrate the center of the positive electrode structure 130, and the other end 140b ′ may not be exposed to the outside of the electrochemical cell 1. Since the other end 140b ′ of the current collector 140 ′ is shorter than the other end 140b of the current collector 140 shown in the embodiment of FIG. 1, the current collector 140 ′ is an external circuit (not shown). The lead wire 141 may be provided for electrical connection with the.

예컨대, 리드선(141)은 전기 전도성의 소재를 포함한다. 리드선(141)은 집전체(140 ')의 타단(140b ')에 형성된 홈과 결합될 수 있다. 또는, 용접되거나 접착 등의 다양한 방법으로 결합될 수 있다.For example, the lead wire 141 includes an electrically conductive material. The lead wire 141 may be coupled to a groove formed at the other end 140b ′ of the current collector 140 ′. Alternatively, they may be joined in various ways, such as by welding or bonding.

도 4는 도 1의 Ⅳ 영역을 확대하여 나타낸 것으로서, 3차원 망상 구조를 갖는 양극 구조를 전자주사현미경(SEM)으로 촬영한 사진이다. 도 5a는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 취한, 양극 구조(130)에 포함된 금속선(300)의 횡단면을 나타내고, 도 5b는 또 다른 실시예에 따른 양극 구조(130)에 포함된 금속선(300)의 횡단면을 나타낸다.FIG. 4 is an enlarged view of region IV of FIG. 1 and shows a photograph of an anode structure having a three-dimensional network structure with an electron scanning microscope (SEM). FIG. 5A illustrates a cross section of the metal line 300 included in the anode structure 130, taken along the line VV of FIG. 4, and FIG. 5B illustrates a metal line included in the anode structure 130 according to another embodiment. A cross section of 300 is shown.

도 4를 참고하면, 양극 구조(130)는 3차원 그물 구조/망상 구조를 갖는다. 예컨대, 금속선(300)과 다른 금속선들(300)이 3차원적으로 연결되어(즉, 외부 금속선들과 서로 연결되어) 3차원 그물 구조/망상 구조(즉, 외부 네트)를 형성한다. 한편, 다공성의 양극 구조(130)에 형성된 홀(즉, 외부 홀)의 직경(t1)은 약 300μm 이거나 그보다 작을 수 있다. 본 실시예에 따르면, 제1 금속으로 구리를, 제2 금속층으로 아연을, 제3 금속층으로 니켈을 사용하였다.Referring to FIG. 4, the anode structure 130 has a three-dimensional network structure / network structure. For example, metal wire 300 and other metal wires 300 are three-dimensionally connected (ie, connected to external metal wires) to form a three-dimensional net structure / network structure (ie, an external net). Meanwhile, the diameter t1 of the hole (that is, the outer hole) formed in the porous anode structure 130 may be about 300 μm or smaller. According to this embodiment, copper was used as the first metal, zinc was used as the second metal layer, and nickel was used as the third metal layer.

도 5a를 참고하면, 양극 구조(130)를 형성하는 각 금속선(300)은 제1 금속(310)에 순차적으로 제2 금속층(320) 및 제3 금속층(330)이 코팅된 상태일 수 있다. 즉, 중앙에 구비된 제1 금속(310)을 중심으로, 제1 금속(310)을 둘러싸도록 제2 금속층(320)과 제3 금속층(330)이 배치되어 있다. 제2 금속층(320)과 제3 금속층(330)은 균일한 두께로 코팅되어 있을 수 있다.Referring to FIG. 5A, each of the metal wires 300 forming the anode structure 130 may have a state in which the second metal layer 320 and the third metal layer 330 are sequentially coated on the first metal 310. That is, the second metal layer 320 and the third metal layer 330 are disposed around the first metal 310 provided at the center to surround the first metal 310. The second metal layer 320 and the third metal layer 330 may be coated with a uniform thickness.

도 5a 및 도 5b를 참고하면, 금속선(300)의 횡단면은 원형이거나 삼각형일 수 있다. 이와 같은 형상은 예시적인 것으로 금속선(300)의 횡단면의 형상을 제한하는 것은 아니다. 5A and 5B, the cross section of the metal line 300 may be circular or triangular. Such a shape is exemplary and does not limit the shape of the cross section of the metal wire 300.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양극 구조(130)를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다. 도 7a 및 도 7b는 3차원 그물 구조/망상 구조를 갖는 제1 금속 구조(S)를 개략적으로 나타낸 사시도이다.6 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing the anode structure 130 according to another embodiment of the present invention. 7A and 7B are perspective views schematically showing a first metal structure S having a three-dimensional network structure / network structure.

도 6을 참조하면, 단계 S610에서, 3차원 그물 구조/망상 구조를 갖는 제1 금속 구조(S)를 준비한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 3차원 그물 구조/망상 구조를 갖는 제1 금속 구조(S)를 제1 금속 구조(S)라고 한다. 제1 금속 구조(S)로 비교적 값이 저렴하고 전자 전도성이 뛰어난 구리를 사용할 수 있다. 도 7a를 참고하면, 제1 금속 구조(S)는 대략 원기둥의 형상일 수 있다. Referring to FIG. 6, in step S610, a first metal structure S having a three-dimensional network structure / network structure is prepared. Hereinafter, for convenience of description, the first metal structure S having a three-dimensional network structure / network structure is referred to as a first metal structure S. As the first metal structure S, copper, which is relatively inexpensive and excellent in electronic conductivity, may be used. Referring to FIG. 7A, the first metal structure S may have a substantially cylindrical shape.

도 7b를 참고하면, 단계 S610에서 제1 금속 구조(S)는 집전체(140)와 결합된 상태로 준비될 수 있다. 예컨대, 제1 금속 구조(S)와 집전체(140)를 약 800℃~1000℃의 고온의 N2분위기에서 열처리하여 소결(sintering)함으로써 결합시킬 수 있다. Referring to FIG. 7B, in operation S610, the first metal structure S may be prepared in a state in which it is coupled with the current collector 140. For example, the first metal structure S and the current collector 140 may be bonded by heat treatment by sintering in a high temperature N 2 atmosphere of about 800 ° C. to 1000 ° C. FIG.

집전체(140)는 제1 금속 구조(S)의 중심에 구비될 수 있다. 이 후의 단계인 제2 금속층(320)과 제3 금속층(330)을 코팅하는 공정(S620, S630)에서, 집전체(140)는 손잡이와 같은 역할을 함으로써 코팅 공정에서 제1 금속 구조(S)를 용이하게 취급할 수 있다. 집전체(140)로는 제1 금속과 같은 구리를 사용할 수 있다. The current collector 140 may be provided at the center of the first metal structure S. In the subsequent steps of coating the second metal layer 320 and the third metal layer 330 (S620 and S630), the current collector 140 acts as a handle so that the first metal structure S in the coating process. Can be easily handled. As the current collector 140, copper, such as a first metal, may be used.

집전체(140)가 없는 도 7a의 제1 금속 구조(S)는 집전체(140)을 포함하지 않는다. 도 7a의 제1 금속 구조(S)는 본 발명의 제조 방법에 따라 양극 구조(130)가 완성된 이후에, 집전체(140)와 결합될 수 있다.The first metal structure S of FIG. 7A without the current collector 140 does not include the current collector 140. The first metal structure S of FIG. 7A may be combined with the current collector 140 after the positive electrode structure 130 is completed according to the manufacturing method of the present invention.

도 7c는 도 7a 및 도 7b의 일부를 확대하여 나타낸 것으로, 제1 금속 구조(S)를 전자주사현미경(SEM)으로 촬영한 사진이다. FIG. 7C is an enlarged view of a portion of FIGS. 7A and 7B. The first metal structure S is photographed by an electron scanning microscope (SEM).

도 7c를 참고하면, 제1 금속 구조(S)은 3차원 그물 구조/망상 구조를 갖는다. 예컨대, 금속선(310)과 다른 금속선들(310)이 3차원 그물 구조/망상 구조(즉, 내부 네트)를 형성하도록 3차원적으로 연결된다(즉, 내부 금속선들과 서로 연결된다). 한편, 제1 금속 구조(S)에 형성된 홀(즉, 내부 홀)의 직경(t2)은 최소 400 μm(400 μm 과 같거나 그보다 클 수)일 수 있다. Referring to FIG. 7C, the first metal structure S has a three-dimensional network structure / network structure. For example, metal wire 310 and other metal wires 310 are three-dimensionally connected (ie, connected to internal metal wires) to form a three-dimensional net structure / network structure (ie, inner net). Meanwhile, the diameter t2 of the hole (ie, the inner hole) formed in the first metal structure S may be at least 400 μm (which may be equal to or greater than 400 μm).

본 실시예에서는 제1 금속 구조(S)가 원통형인 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않는다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 제조 방법에 따라 완성된 양극 구조(130)는 제2 챔버(C2)에 전체적으로(또는 실질적으로) 가득차게 구비되거나, 양극 구조(130)의 부피 또는 단면이 제2 챔버(C2)의 부피 또는 단면과 실질적으로 동일한 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 도 1 및 도 3의 전기화학전지(1)에서, 고체 전해질(120)이 대략 육면체의 형상이라면 제1 금속(310)도 (단면적이) 육면체의 형상일 수 있다. 한편, 도 1 및 도 3의 전기화학전지(1)에서 양극 챔버(C2)와 음극 챔버(C1)의 위치가 바뀐 경우라면, 제1 금속(310)은 가운데가 빈 관의 형상일 수 있다. In the present embodiment, the case where the first metal structure S is cylindrical is described, but the present invention is not limited thereto. According to another embodiment of the present invention, the anode structure 130 completed according to the manufacturing method of the present invention is provided (or substantially) full in the second chamber (C2), or the volume of the anode structure 130 Alternatively, the cross section may have a shape substantially the same as the volume or the cross section of the second chamber C2. For example, in the electrochemical cell 1 of FIGS. 1 and 3, when the solid electrolyte 120 is approximately hexahedral, the first metal 310 may also have a hexahedral shape (cross-sectional area). Meanwhile, when the positions of the anode chamber C2 and the cathode chamber C1 are changed in the electrochemical cell 1 of FIGS. 1 and 3, the first metal 310 may have a hollow tube shape.

단계 S620에서, 제1 금속(310)을 이루는 금속선(310) 상에 제2 금속층(320)을 코팅한다. 제2 금속층(320)으로는 아연(Zn), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 크롬(Cr)과 같은 금속 또는 이들의 화합물이 사용될 수 있다. 제2 금속층(320)은 전기도금법, 무전해 도금법, 물리 증착법, 화학 증착법 등으로 수 μm 내지 수십 μm 의 두께로 제1 금속선(310) 상에 코팅될 수 있다.In operation S620, the second metal layer 320 is coated on the metal wire 310 forming the first metal 310. As the second metal layer 320, a metal such as zinc (Zn), titanium (Ti), tin (Sn), or chromium (Cr) or a compound thereof may be used. The second metal layer 320 may be coated on the first metal wire 310 to a thickness of several μm to several tens of μm by an electroplating method, an electroless plating method, a physical vapor deposition method, a chemical vapor deposition method, or the like.

단계 S630에서, 제2 금속층(320) 상에 제3 금속층(330)을 코팅한다. 제3 금속층(330)은 양극 물질로서 니켈(Ni)을 포함할 수 있다. 예컨대, 니켈이거나 니켈의 합금일 수 있다. 니켈의 합금은 니켈과 철의 합금일 수 있다. 제3 금속층(330)도 전기도금법, 무전해 도금법, 물리 증착법, 화학 증착법 등으로 수 μm 내지 수백 μm의 두께로 제2 금속층(320) 상에 코팅될 수 있다.In operation S630, the third metal layer 330 is coated on the second metal layer 320. The third metal layer 330 may include nickel (Ni) as an anode material. For example, it may be nickel or an alloy of nickel. The alloy of nickel may be an alloy of nickel and iron. The third metal layer 330 may also be coated on the second metal layer 320 by a thickness of several μm to several hundred μm by electroplating, electroless plating, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, or the like.

도 7c는 S620 및 S630로 이루어지는 코팅 공정을 수행하기 이전의 제1 금속구조(S)를 나타내고, 도 4는 코팅 공정에 따라 완성된 양극 구조(130)를 나타낸다.FIG. 7C shows the first metal structure S before performing the coating process consisting of S620 and S630, and FIG. 4 shows the anode structure 130 completed according to the coating process.

도 7c 및 도 4를 참고하면, 처음에, 제1 금속 구조(S)에 포함되고 구리(Cu)를 포함하는 금속선들(310) 사이의 거리(t2)는 각각 약 400μm였다. 이 후, 금속선(310) 상에 제2 ,3금속층(320, 330)을 코팅하여 양극 구조(130)를 제조하면, 양극 구조(130)를 이루는 금속선들(300) 사이의 거리(t1)는 약 300μm가 된다. 양극 구조(130)를 이루는 금속선들(300) 사이의 거리(t1)는 제2,3 코팅층(320, 330)의 두께에 따라 달라질 수 있다.Referring to FIGS. 7C and 4, initially, the distance t2 between the metal wires 310 included in the first metal structure S and including copper Cu was about 400 μm, respectively. Thereafter, when the anode structure 130 is manufactured by coating the second and third metal layers 320 and 330 on the metal line 310, the distance t1 between the metal lines 300 constituting the anode structure 130 is It becomes about 300 micrometers. The distance t1 between the metal lines 300 constituting the anode structure 130 may vary depending on the thicknesses of the second and third coating layers 320 and 330.

이하에서는, 본 발명에 따른 양극 구조의 코팅 방법으로서, 제2 코팅층(320)인 아연과, 제3 코팅층(330)으로서 니켈을 무전해 도금법(electroless plating)으로 코팅한 경우를 설명한다. 이하에서 설명하는 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐, 본 발명의 권리를 제한하는 것은 아니다. 제2 코팅층(320)인 아연(Zn)의 코팅 방법을 먼저 설명한다.Hereinafter, as a coating method of the anode structure according to the present invention, a case in which zinc, which is the second coating layer 320, and nickel, as the third coating layer 330 are coated by electroless plating will be described. The embodiments described below are only one embodiment of the present invention, and do not limit the rights of the present invention. First, a coating method of zinc (Zn), which is the second coating layer 320, will be described.

도 7a 또는 도 7b와 같은 구조를 갖는 제1 금속 구조(S)를 세정한다. 세정은 약 2%의 KOH의 약 알칼리 용액에 담근 후 초음파를 약 5분간 가하여 세정할 수 있다. 이후, 증류수에 각각 3분씩 약 3회 세정할 수 있다.The first metal structure S having the structure as shown in FIG. 7A or 7B is cleaned. The cleaning can be performed by soaking in about 2% KOH in about alkaline solution and applying ultrasonic waves for about 5 minutes. Then, it can be washed three times for three minutes each in distilled water.

이 후, 아연 전구체를 포함하는 용액을 제조한다. 예컨대, H2O 100ml에 NaOH를 약 20g정도 넣고, 충분히 혼합한 후 100℃까지 가열한다. 용액이 끓는 상태에서 Zn 분말을 약 5g정도 넣으면, NaOH와 Zn이 반응하여, 아연 전구체를 포함하는 용액이 제조될 수 있다.Thereafter, a solution containing a zinc precursor is prepared. For example, about 20 g of NaOH is added to 100 ml of H 2 O, sufficiently mixed, and then heated to 100 ° C. When the solution is boiled in about 5g of Zn powder, NaOH and Zn react to prepare a solution containing a zinc precursor.

제1 금속 구조를(S)를 상기 용액에 넣은 후, 초음파를 가한다. 그러면, 아연(Zn)이 제1 금속 구조(S)를 이루는 금속선(310) 상에 코팅된다. 약 3분 정도 초음파를 가하면 아연이 약 0.5μm ~ 1.5 μm의 두께를 가질 수 있다.After putting the first metal structure (S) in the solution, ultrasonic waves are applied. Then, zinc (Zn) is coated on the metal wire 310 forming the first metal structure (S). After ultrasonication for about three minutes, the zinc may have a thickness of about 0.5 μm to 1.5 μm.

아연이 코팅된 제1 금속 구조(S)를 용액으로부터 꺼내어 세정한다. 도 7a와 같이, 제1 금속 구조(S)가 집전체(140)가 결합된 상태라면, 아연이 코팅된 제1 금속구조(S)를 용액으로부터 꺼내기 용이할 수 있다. 제1 금속 구조(S)를 세정한 후, 제1 금속 구조(S)를 약 150℃의 온도에서 20분 정도 열처리하면, 아연(Zn)이 제1 금속 구조(S)의 금속선(310)과 강하게 결합할 수 있다.The zinc-coated first metal structure S is taken out of the solution and cleaned. As shown in FIG. 7A, when the current collector 140 is coupled to the first metal structure S, the zinc-coated first metal structure S may be easily removed from the solution. After the first metal structure S is cleaned, the first metal structure S is heat-treated at a temperature of about 150 ° C. for about 20 minutes, so that zinc (Zn) is formed from the metal wire 310 of the first metal structure (S). Can be combined strongly.

다음으로, 제3 코팅층(330)인 니켈의 코팅 방법을 살펴본다. 먼저, 구리 상에 아연이 코팅된 구조를 세정한다. 예컨대, 약 2%의 KOH의 약 알칼리 용액에 담근 후 초음파를 약 5분 가하여 세정할 수 있다. 또는, 상기 구조를 팔라듐(Pd) 촉매 처리한 후, 6.5wt%의 황산 용액에 약 1분간 담근 후 세정할 수 있다.Next, the coating method of nickel, which is the third coating layer 330, will be described. First, the structure coated with zinc on copper is cleaned. For example, it may be immersed in a weak alkaline solution of about 2% KOH and then cleaned by adding ultrasonic waves for about 5 minutes. Alternatively, the structure may be washed after palladium (Pd) catalyst treatment, soaked for about 1 minute in 6.5 wt% sulfuric acid solution.

무전해 니켈 도금액을 제조한다. 무전해 니켈 도금액은 니켈 전구체, 환원제, pH조정제, 착화제를 포함할 수 있다. 또한, 무전해 니켈 도금액은 촉진제, 안정제, 계면 활성제 등을 소량 포함할 수 있다.An electroless nickel plating solution is prepared. The electroless nickel plating solution may include a nickel precursor, a reducing agent, a pH adjuster, and a complexing agent. In addition, the electroless nickel plating solution may contain a small amount of an accelerator, a stabilizer, a surfactant, and the like.

니켈 전구체로는 수용성 황산 니켈, 염화 니켈 등을 사용할 수 있고, 환원제로는 치아인산나트륨, 수소화붕소나트륨, 하이드라진 등을 사용할 수 있다. 한편, pH조정제로는 가성소다, 수산화암모늄 등을 사용할 수 있다. 착화제는 안정적인 니켈의 공급을 가능하게 한다. 착화제는 젖산(lactic acid), 글리콜산(glycolic acid), 말산(malic acid) 의 그룹에서 선택된 둘 이상의 물질을 사용할 수 있다. 촉진제는 구연산 소다, 아세트산 소다 등을 사용할 수 있다. 무전해 니켈 도금액의 전체 중량에 대하여, 황산니켈염(NiSO4·6H2O)은 약 5wt% 포함될 수 있고, 환원제인 차아인산나트륨(NaH2PO2·6H2O)는 약 3.5wt% 정도, 착화제는 약 5,0wt% 포함될 수 있다.As the nickel precursor, water-soluble nickel sulfate, nickel chloride, or the like can be used, and sodium phosphate, sodium borohydride, hydrazine or the like can be used as the reducing agent. On the other hand, caustic soda, ammonium hydroxide, etc. can be used as a pH adjuster. The complexing agent enables a stable supply of nickel. The complexing agent may use two or more substances selected from the group of lactic acid, glycolic acid, and malic acid. The accelerator may be sodium citrate, sodium acetate, or the like. Based on the total weight of the electroless nickel plating solution, nickel sulfate salt (NiSO 4 · 6H 2 O) may be included in about 5 wt%, and sodium hypophosphite (NaH 2 PO 2 · 6H 2 O) as a reducing agent is about 3.5 wt%. The complexing agent may comprise about 5,0 wt%.

무전해 니켈 도금액을 약 80℃에서 가열한 후, 구리 상에 아연이 코팅된 구조를 무전해 니켈 도금액에 넣는다. 니켈이 균일하게 코팅될 수 있도록, 무전해 니켈 도금액을 일정한 방향으로 교반한다. 이 때, pH는 약 4.5정도 이다. 이와 같은 상태를 약 15분 가량 수행하면, 코팅된 Ni의 두께는 약 10μm ~ 12 μm일 수 있다.After heating the electroless nickel plating solution at about 80 ° C., the zinc-coated structure on copper is placed in the electroless nickel plating solution. The electroless nickel plating solution is stirred in a constant direction so that the nickel can be uniformly coated. At this time, the pH is about 4.5. When this state is performed for about 15 minutes, the coated Ni may have a thickness of about 10 μm to 12 μm.

니켈 코팅을 완료한 후, H2O로 세정한 후, 약 80℃에서 약 45분 가량 건조시킨다.After the nickel coating was completed, washed with H 2 O, and dried at about 80 ° C. for about 45 minutes.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기화학전지의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 전기화학전지는 평판형으로서, 앞서 도 1 및 도 4를 참고하여 설명한 튜브형 전기화학전지와 차이를 보인다.8 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an electrochemical cell according to another embodiment of the present invention. The electrochemical cell according to the present embodiment is a flat plate type, and is different from the tube type electrochemical cell described with reference to FIGS. 1 and 4.

도 8을 참고하면, 전기화학전지(1')는 하우징(810)과 하우징(810)의 내부를 제1 챔버(C1') 및 제2 챔버(C2')로 구획하는 고체 전해질(820), 제1 챔버(C1')에 구비된 음극 물질(811), 및 제2 챔버(C2')에 구비된 다공성의 양극 구조(830) 등을 포함한다.Referring to FIG. 8, the electrochemical cell 1 ′ includes a solid electrolyte 820 partitioning the housing 810 and the interior of the housing 810 into a first chamber C1 ′ and a second chamber C2 ′, And a cathode material 811 provided in the first chamber C1 ′, a porous anode structure 830, etc. provided in the second chamber C2 ′.

고체 전해질(820)은 나트륨 이온 투과성을 가지며, 베타 알루미나계 물질을 포함한다. 예를 들어, 고체 전해질(820)은 β-알루미나 또는 β"-알루미나를 포함할 수 있다.The solid electrolyte 820 has a sodium ion permeability and includes a beta alumina-based material. For example, the solid electrolyte 820 may include β-alumina or β ″ -alumina.

절연체(860)는 제1 챔버(C1')와 제2 챔버(C2')를 전기적으로 절연시킨다. 절연체(860)는 글래스 프릿(870)과 같은 접착 물질을 통해 고체 전해질(820)의 일측과 접합될 수 있다. 절연체(860)는 α-알루미나를 포함할 수 있다. The insulator 860 electrically insulates the first chamber C1 ′ from the second chamber C2 ′. The insulator 860 may be bonded to one side of the solid electrolyte 820 through an adhesive material such as glass frit 870. Insulator 860 may comprise α-alumina.

제 1챔버(C1')는 음극 챔버로서 음극 물질(811)을 포함할 수 있다. 음극 물질(811)은 나트륨과 같은 알칼리 금속일 수 있으며, 나트륨은 액상으로 존재할 수 있다. 음극 물질은 나트륨 이외에도 리튬, 칼륨 등과 같은 적합한 알칼리 금속을 포함할 수 있다.The first chamber C1 ′ may include a cathode material 811 as a cathode chamber. The negative electrode material 811 may be an alkali metal such as sodium, and sodium may be present in the liquid phase. In addition to sodium, the negative electrode material may include suitable alkali metals such as lithium, potassium, and the like.

제1 챔버(C1)는 윅(815)을 포함할 수 있다. 윅(815)은 고체 전해질(820)과 소정의 간격 이격되어 배치됨으로써 모세관 현상을 유도할 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.The first chamber C1 may include a wick 815. The wick 815 may be spaced apart from the solid electrolyte 820 by a predetermined interval to induce capillary phenomenon as described above.

제1 챔버(C1')가 음극 챔버인 경우, 제2 챔버(C2')는 양극 챔버로서, 양극 구조(830)를 포함한다. 양극 구조(830)는 구리와 같은 제1 금속과, 제1 금속에 코팅된 제2 금속층, 및 제2 금속층에 코팅된 제3 금속층을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 금속은 비교적 값이 저렴하고 전자 전도성이 뛰어난 구리(Cu)와 같은 금속을 사용할 수 있고, 제3 금속층은 니켈과 같은 양극 물질을 포함한다.When the first chamber C1 ′ is a cathode chamber, the second chamber C2 ′ is an anode chamber and includes an anode structure 830. The anode structure 830 may include a first metal such as copper, a second metal layer coated on the first metal, and a third metal layer coated on the second metal layer. In this case, the first metal may be a metal such as copper (Cu), which is relatively inexpensive and excellent in electronic conductivity, and the third metal layer includes an anode material such as nickel.

한편, 제2 금속층은 제3 금속층에 비하여 표준전위가 낮으면서, 동시에 제1 금속에 비하여 이온화 경향이 큰 금속을 포함한다. 예컨대, 제3 금속층이 니켈을 포함하는 경우, 제2 금속층은 아연(Zn), 티타늄(Ti), 크롬(Cr)과 같은 금속 또는 이들의 화합물이 사용될 수 있다. 양극 구조의 구체적 형상과 구성, 및 제조 방법은 앞서 설명한 바와 같다.On the other hand, the second metal layer includes a metal having a lower standard potential than the third metal layer and at the same time having a higher ionization tendency than the first metal. For example, when the third metal layer includes nickel, a metal such as zinc (Zn), titanium (Ti), chromium (Cr) or a compound thereof may be used as the second metal layer. The specific shape and configuration of the anode structure and the manufacturing method are as described above.

양극 구조(830)는 대략 육면체의 형상으로 형성되어, 평판상의 전기화학전지(1')의 내부에 수용된다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면 양극 구조(830)은 이에 한정하지 않는다. 또 다른 실시예로, 양극 구조(830)는 다른 형상일 수 있고, 제2 챔버(C2')에 전체적으로(또는 실질적으로) 가득차게 구비되거나, 양극 구조(830)의 부피 또는 단면이 제2 챔버(C2')의 부피 또는 단면과 실질적으로 동일한 형상을 가질 수 있다. The anode structure 830 is formed in a substantially hexahedral shape and is accommodated in the flat electrochemical cell 1 '. However, according to the exemplary embodiment of the present invention, the anode structure 830 is not limited thereto. In another embodiment, the anode structure 830 may have a different shape and is provided (or substantially) full in the second chamber C2 ′, or the volume or cross section of the anode structure 830 is in the second chamber. It may have a shape substantially the same as the volume or cross section of (C2 ').

제2 챔버(C2')는 양극 구조(830)뿐만 아니라 NaAlCl4와 같은 액체 전해질(835)을 포함할 수 있다. 양극 구조(830)는 액체 전해질(835)에 침적된 상태로 존재할 수 있다.The second chamber C2 ′ may include the liquid electrolyte 835 such as NaAlCl 4 as well as the anode structure 830. The positive electrode structure 830 may exist in a state of being deposited in the liquid electrolyte 835.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 구조 및 약 40Ah급의 용량을 갖는 전기화학전지(1)의 저항을 약 95℃에서 시뮬레이션한 그래프이다. 9 is a graph simulating a resistance of an electrochemical cell 1 having a positive electrode structure and a capacity of about 40 Ah in accordance with an embodiment of the present invention at about 95 ° C.

도 9를 참고하면, 충방전이 반복되어도 전기화학전지(1)의 저항값이 일정하게 유지됨을 확인할 수 있다. 일반적으로 나트륨을 기반으로 하는 전기화학전지에서 음극 및 전해질의 저항값은 비교적 일정하다. 그러나, 나트륨 기반의 전기화학전지의 양극의 저항값은 전지의 성능에 대단히 중요한(critical) 요소이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 구조를 포함하는 전기화학전지(1)는, 충전 및 방전시에 전극이 변질 또는 변형되는 것을 방지할 수 있고, 전기화학전지(1)의 저항값을 일정하게 유지할 수 있게 한다. 양극 구조를 포함하는 전기화학전지(1)의 양극의 저항값이 일정하게(또는 실질적으로 일정하게) 유지되므로, 전지의 수명을 증가시킬 수 있고 높은 출력 특성을 얻을 수 있다. Referring to FIG. 9, it can be seen that the resistance value of the electrochemical cell 1 remains constant even when charge and discharge are repeated. In general, resistance values of the anode and the electrolyte in a sodium-based electrochemical cell are relatively constant. However, the resistance value of the positive electrode of a sodium-based electrochemical cell is a critical factor for the cell performance. The electrochemical cell 1 including the positive electrode structure according to the embodiment of the present invention can prevent the electrode from being deteriorated or deformed during charging and discharging, and makes the resistance value of the electrochemical cell 1 constant. To maintain. Since the resistance value of the positive electrode of the electrochemical cell 1 including the positive electrode structure is kept constant (or substantially constant), the life of the battery can be increased and high output characteristics can be obtained.

또한, 본 발명의 일 실시예예 따르면 니켈과 같은 양극 물질을 최소한으로 사용하면서 전기화학전지를 구현할 수 있어, 제조 비용을 줄이면서 전지의 효율을 극대화할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, an electrochemical cell may be implemented with a minimum amount of a cathode material such as nickel, thereby maximizing battery efficiency while reducing manufacturing costs.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 각 실시예의 특징 또는 측면에 대한 기술은 다른 실시예에서의 다른 유사한 특징 또는 측면에도 일반적으로 사용될 수 있음을 고려해야 한다. 따라서, 본 발명의 요지에 속하는 한 다양한 형태 및 구체적 사항의 변형은 본 발명의 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자에 의하여 첨부된 특허청구범위 및 이들의 요지에 속하는 것으로 이해되어야 한다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. It should be contemplated that descriptions of features or aspects of each embodiment may generally be used for other similar features or aspects in other embodiments. Therefore, it should be understood that various forms and modifications of the specific matters belong to the gist of the present invention belong to the appended claims and the gist of those skilled in the art.

1, 1': 전기화학전지 110, 810: 하우징
111, 811: 음극(anode) 물질 115, 815: 윅(wick)
120, 820: 고체 전해질 130, 830: 양극 구조
135, 835: 액체 전해질 140, 140': 집전체
141: 리드선 150, 860: 전자전도체(카본펠트)
160, 860: 절연체 170, 870: 글래스 프릿
300: 양극 구조를 이루는 금속선(외부 네트: outer net)
310: 제1 금속(내부 네트: inner net)
320: 제2 금속층 330: 제3 금속층
C1,C1': 제1 챔버(음극 챔버) C2, C2': 제2 챔버(양극 챔버)
S: 제1 금속 구조1, 1 ': electrochemical cell 110, 810: housing
111, 811: anode material 115, 815: wick
120, 820: solid electrolyte 130, 830: anode structure
135, 835: liquid electrolyte 140, 140 ': current collector
141: lead wire 150, 860: electronic conductor (carbon felt)
160, 860: insulator 170, 870: glass frit
300: metal wire forming an anode structure (outer net:
310: first metal (inner net)
320: second metal layer 330: third metal layer
C1, C1 ': first chamber (cathode chamber) C2, C2': second chamber (anode chamber)
S: first metal structure

Claims (20)

상호 연결된 복수의 외부 금속선을 포함하며, 상기 복수의 외부 금속선 중 인접한 외부 금속선들 사이에서 복수의 외부 홀이 정의되는, 다공성의 3차원의 외부 네트;를 포함하며,
상기 외부 금속선들은,
상호 연결된 복수의 내부 금속선을 포함하며, 상기 복수의 내부 금속선 중 인접한 내부 금속선들 사이에 복수의 내부 홀이 정의되고 상기 내부 금속이 제1 금속을 포함하는, 다공성의 3차원의 내부 네트;
제2 금속을 포함하고, 상기 내부 네트를 코팅하는 제1 층; 및
제3 금속을 포함하고, 상기 제1 층을 코팅하는 제2 층;을 포함하는, 전극 구조. And a porous three-dimensional outer net including a plurality of outer metal wires interconnected and defining a plurality of outer holes between adjacent outer metal wires among the plurality of outer metal wires.
The outer metal wires,
A porous three-dimensional inner net comprising a plurality of inner metal wires interconnected, wherein a plurality of inner holes are defined between adjacent inner metal wires of the plurality of inner metal wires, and wherein the inner metal comprises a first metal;
A first layer comprising a second metal and coating said inner net; And
And a second layer comprising a third metal and coating said first layer. 제1 항에 있어서,
상기 외부 홀의 평균 직경은 300㎛ 이거나 그보다 작은, 전극 구조.The method according to claim 1,
And an outer diameter of the outer hole is 300 mu m or less. 제1 항에 있어서,
상기 내부 홀의 평균 직경은 400㎛ 이거나 그보다 작은, 전극 구조.The method according to claim 1,
Wherein the average diameter of the inner holes is 400 μm or less. 제1 항에 있어서,
상기 외부 네트와 외부 회로 사이에서의 전자 이동을 위한 집전체;를 더 포함하는, 전극 구조.The method according to claim 1,
And a current collector for electron movement between the external net and an external circuit. 제4 항에 있어서,
상기 집전체는, 상기 내부 네트에 소결(sinter)된, 전극 구조.5. The method of claim 4,
And the current collector is sintered in the inner net. 제5 항에 있어서,
상기 집전체 및 상기 제1 금속 각각은 구리(Cu)를 포함하는, 전극 구조.6. The method of claim 5,
Wherein said current collector and said first metal each comprise copper (Cu). 제1 항에 있어서,
상기 제1 금속은 구리(Cu) 또는 철(Fe)을 포함하는, 전극 구조.The method according to claim 1,
Wherein the first metal comprises copper (Cu) or iron (Fe). 제1 항에 있어서,
상기 2 금속은 상기 제3 금속 보다 낮은 표준전위를 갖는, 전극 구조. The method according to claim 1,
Wherein said second metal has a lower standard potential than said third metal. 제8 항에 있어서,
상기 제2 금속은 상기 제1 금속 보다 이온화 경향이 높은, 전극 구조.The method of claim 8,
And said second metal has a higher tendency to ionize than said first metal. 제1 항에 있어서,
상기 제2 금속은 상기 제1 금속 보다 이온화 경향이 높은, 전극 구조.The method according to claim 1,
And said second metal has a higher tendency to ionize than said first metal. 제1 항에 있어서,
상기 제2 금속은 아연(Zn), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 또는 크롬(Cr)을 포함하는, 전극 구조.The method according to claim 1,
Wherein the second metal comprises zinc (Zn), tin (Sn), titanium (Ti), or chromium (Cr). 제11 항에 있어서,
상기 제2 금속은 아연(Zn)을 포함하는, 전극 구조.12. The method of claim 11,
And the second metal comprises zinc (Zn). 제1 항에 있어서,
상기 제3 금속은 니켈(Ni)을 포함하는, 전극 구조.The method according to claim 1,
Wherein said third metal comprises nickel (Ni). 제13 항에 있어서,
상기 제3 금속은 철(Fe)을 더 포함하는, 전극 구조.The method of claim 13,
The third metal further comprises iron (Fe). 제14 항에 있어서,
상기 제3 금속은 상기 제3 금속의 중량에 대하여 40% ~ 70% 함유된 니켈을 포함하는, 전극 구조.15. The method of claim 14,
And the third metal comprises 40% to 70% of nickel contained by weight of the third metal. 제13 항에 있어서,
상기 제1 금속은 구리(Cu)를 포함하고, 제2 금속은 아연(Zn)을 포함하는, 전극 구조.The method of claim 13,
Wherein the first metal comprises copper (Cu) and the second metal comprises zinc (Zn). 하우징;
상기 하우징 내에 형성되고, 전극 물질을 포함하는 제1 챔버; 및
상기 하우징 내에 형성되고, 다공성의 3차원의 외부 네트를 포함하는 전극 구조를 구비하는 제2 챔버;를 포함하며,
상기 다공성의 3차원의 외부 네트는,
상호 연결된 복수의 외부 금속선들을 포함하며, 상기 복수의 외부 금속선 중 인접한 외부 금속선들 사이에서 복수의 외부 홀을 정의하고,
상기 외부 금속선들은,
상호 연결된 복수의 내부 금속선들을 포함하며, 상기 복수의 내부 금속선 중 인접한 내부 금속선들 사이에 복수의 내부 홀이 정의되고 상기 내부 금속이 제1 금속을 포함하는, 다공성의 3차원의 내부 네트;
제2 금속을 포함하고, 상기 내부 네트를 코팅하는 제1 층;
제3 금속을 포함하고, 상기 제1 층을 코팅하는 제2 층; 및
제1 챔버와 제2 챔버를 분리하는 고체 전해질;을 포함하는, 전기화학전지.housing;
A first chamber formed in the housing and containing an electrode material; And
And a second chamber formed in the housing and having an electrode structure including a porous three-dimensional outer net.
The porous three-dimensional outer net,
A plurality of outer metal wires interconnected and defining a plurality of outer holes between adjacent outer metal wires of the plurality of outer metal wires,
The outer metal wires,
A porous three-dimensional inner net including a plurality of inner metal wires interconnected, wherein a plurality of inner holes are defined between adjacent inner metal wires of the plurality of inner metal wires, and wherein the inner metal comprises a first metal;
A first layer comprising a second metal and coating said inner net;
A second layer comprising a third metal and coating said first layer; And
And a solid electrolyte separating the first chamber and the second chamber. 제17 항에 있어서,
상기 전극 구조와 상기 고체 전해질 사이에 형성된 전자전도체;를 더 포함하는, 전기화학전지.The method of claim 17,
And an electron conductor formed between the electrode structure and the solid electrolyte. 제17 항에 있어서,
상기 제2 금속은 상기 제3 금속 보다 표준전위가 낮고, 상기 제1 금속 보다 이온화 경향이 높은, 전기화학전지.The method of claim 17,
The second metal has a lower standard potential than the third metal and has a higher ionization tendency than the first metal. 제17 항에 있어서,
상기 제1 금속은 구리(Cu)를 포함하고, 상기 제3 금속은 니켈(Ni)을 포함하는, 전기화학전지.The method of claim 17,
The first metal comprises copper (Cu), the third metal comprises nickel (Ni), the electrochemical cell.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101629946B1 (en) * 2014-12-29 2016-06-13 포스코에너지 주식회사 ANODE OF Sodium nickel Chloride Battery
KR20160067615A (en) * 2014-12-04 2016-06-14 에스케이이노베이션 주식회사 Sodium Secondary Battery Including Cathode Unified with Collector

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017015407A1 (en) * 2015-07-20 2017-01-26 CellMotive Co. Ltd. Metallic foam anode coated with active oxide material

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2662928A (en) * 1950-02-25 1953-12-15 Joseph B Brennan Storage battery electrode
DE3577252D1 (en) 1984-04-19 1990-05-23 Yuasa Battery Co Ltd SODIUM SULFUR BATTERIES.
JPH06150905A (en) 1992-11-12 1994-05-31 Seiko Epson Corp Composite metal electrode and manufacture thereof
JP3135806B2 (en) 1993-12-21 2001-02-19 日本碍子株式会社 Sodium-sulfur battery
KR100363277B1 (en) 2000-06-30 2002-11-30 주식회사 뉴턴에너지 Cathode and Energy Storage System Utilizing The Same
US20100062331A1 (en) 2008-09-09 2010-03-11 General Electric Company Energy storage device and system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160067615A (en) * 2014-12-04 2016-06-14 에스케이이노베이션 주식회사 Sodium Secondary Battery Including Cathode Unified with Collector
KR101629946B1 (en) * 2014-12-29 2016-06-13 포스코에너지 주식회사 ANODE OF Sodium nickel Chloride Battery

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